稀土摻雜氧化物顯示用熒光粉的合成與發(fā)光性質(zhì)研究.pdf

1、自1964年發(fā)現(xiàn) Y2O3:Eu是一種高效紅色熒光粉以來，稀土發(fā)光材料經(jīng)歷近45年的迅猛發(fā)展，己成為信息顯示、照明光源、光電器件等領(lǐng)域的支撐材料，為社會發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步發(fā)揮著日益重要的作用。顯示技術(shù)的發(fā)展向著高清晰、數(shù)字化、平板化的發(fā)展方向逐步邁進(jìn)，對稀土發(fā)光材料的開發(fā)和改進(jìn)也提出了新的要求。另外，大功率紅外半導(dǎo)體激光器的成熟為上轉(zhuǎn)換顯示器的研發(fā)開拓了新的契機(jī)，因此，對上轉(zhuǎn)換熒光粉的性能研究將加速上轉(zhuǎn)換顯示的實(shí)際應(yīng)用。本文提出利用蔗糖燃燒

2、法合成納米熒光粉，研究合成機(jī)理及影響產(chǎn)物表面形貌、發(fā)光性能的因素。以顯示、照明用熒光粉為研究對象，在合成方法、上轉(zhuǎn)換熒光增強(qiáng)、熒光粉包覆及顏色調(diào)控等方面進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和理論論證。
　　首次采用蔗糖燃燒法合成納米級 Y2O3:Eu和Gd2O3:Eu熒光粉，研究了蔗糖絡(luò)合機(jī)理和實(shí)驗(yàn)條件對粉體表面形貌和發(fā)光性能的影響。蔗糖燃燒法降低了熒光粉的成相溫度；燃燒過程中產(chǎn)生的熱量和氣體之間存在競爭關(guān)系，影響樣品表面形貌和發(fā)光性能；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明后

3、處理溫度高，蔗糖濃度大能夠減少熒光粉處于表面態(tài)的Eu3+。蔗糖燃燒法還可以制備其他發(fā)光材料，是一種能夠廣泛推廣的低廉的發(fā)光材料合成方法。
　　考察基質(zhì)材料結(jié)構(gòu)的對稱性降低引起的上轉(zhuǎn)換發(fā)光增強(qiáng)。對具有低對稱性結(jié)構(gòu)的單斜相 Gd2O3:Er熒光粉的Stokes發(fā)光及上轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度與摻雜濃度的依賴關(guān)系及發(fā)光機(jī)制做了詳細(xì)的討論。研究發(fā)現(xiàn)，上轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度隨摻雜濃度的增加而增強(qiáng)；與立方相 Gd2O3:Er熒光粉的對比研究發(fā)現(xiàn)，單斜相較立方相可

4、提供更多的摻雜格位，增強(qiáng)了離子間能量傳遞幾率，有利于增強(qiáng)上轉(zhuǎn)換發(fā)光；速率方程推到結(jié)果證實(shí)了相鄰 Er3+間的能量傳遞4I11/2+4I11/2→4F9/2+4I13/2是紅光和藍(lán)光增強(qiáng)的主要原因。實(shí)驗(yàn)結(jié)果及理論論證認(rèn)為單斜相較立方相更有利于增強(qiáng)上轉(zhuǎn)換發(fā)光。
　　以摻雜的形式向基質(zhì)晶格中引入雜質(zhì)離子或敏化劑實(shí)現(xiàn)熒光增強(qiáng)。對Gd2O3:Zn,Er多晶粉末的結(jié)構(gòu)和Stokes發(fā)光及上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)研究表明，隨Zn2+摻雜量的增加，熒光強(qiáng)度

5、表現(xiàn)出先增加后減小，但并沒有改變上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)制；Zn2+從替代式摻雜逐漸轉(zhuǎn)變成間隙式摻雜，最后以氧化鋅形式析出。分析認(rèn)為 Zn2+的摻雜向晶格中引入了大量氧空位缺陷，造成晶格對稱性降低，導(dǎo)致熒光增強(qiáng)。以 Y2O3:Ho,Yb熒光粉為研究對象，考察了不同Ho3+摻雜濃度對應(yīng)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，敏化劑濃度不變的情況下，隨 Ho3+濃度減小整體熒光強(qiáng)度增加。結(jié)合速率方程分析發(fā)現(xiàn)，中間能級5I6和5I7的布居方式影響上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)制。實(shí)驗(yàn)

6、結(jié)果表明，向基質(zhì)晶格中適當(dāng)引入缺陷造成的晶格對稱性降低以及適當(dāng)調(diào)節(jié)激活離子和敏化劑的濃度可以提高上轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度。
　　分別以多摻雜和熒光粉混合的方法對上轉(zhuǎn)換熒光進(jìn)行顏色調(diào)制。對Y2O3:Ho,Tm,Yb的多色上轉(zhuǎn)換熒光進(jìn)行考察并討論了 Tm3+和Ho3+之間的能量傳遞。研究發(fā)現(xiàn)隨 Ho3+離子濃度增加，Ho3+（5I6）與Tm3+（3H5）之間的能量傳遞增強(qiáng)，同時，上轉(zhuǎn)換熒光顏色得到調(diào)節(jié)。以不同質(zhì)量比混合Gd2O3:6Er和Gd2

7、O3:0.2Tm,3Yb多晶粉末得到多色上轉(zhuǎn)換熒光粉，通過調(diào)整質(zhì)量比以調(diào)節(jié)混合熒光的顏色及相關(guān)色溫。熒光粉的SiO2包覆阻止了顆粒間的熒光再吸收并提高了粉體的涂覆性能。這種方法幾乎不受摻雜濃度引起的熒光淬滅影響，可以極大的利用具有最佳發(fā)光強(qiáng)度的熒光粉，因此得到的多色熒光粉的發(fā)光亮度最高。
　　本文介紹了蔗糖燃燒法合成粉體發(fā)光材料，嘗試了摻雜及結(jié)構(gòu)改變增強(qiáng)熒光發(fā)射，分別利用多摻雜和混合熒光粉的方法對上轉(zhuǎn)換熒光粉進(jìn)行顏色調(diào)制并利用 S